Лейденская банка: история создания первого электрического конденсатора

Что такое лейденская банка. Как работает лейденская банка. Кто изобрел лейденскую банку. Какое значение имела лейденская банка для развития электротехники. Где применялась лейденская банка.

История создания лейденской банки

Лейденская банка стала первым в истории электрическим конденсатором, позволившим накапливать и хранить электрический заряд. Ее изобретение в середине XVIII века стало важной вехой в развитии учения об электричестве.

Кто же изобрел лейденскую банку? Фактически, это изобретение было сделано независимо двумя учеными в 1745 году:

• Эвальд Юрген фон Клейст — немецкий физик, декан собора в Каммине (современный Камень-Поморский, Польша)
• Питер ван Мушенбрук — голландский физик, профессор Лейденского университета

Фон Клейст первым провел эксперимент 11 октября 1745 года. Он пытался «зарядить» воду в стеклянной банке электричеством от электростатического генератора. Когда он случайно коснулся проводника, соединенного с водой, то получил сильнейший удар током.

Мушенбрук провел похожий опыт в начале 1746 года. Его ассистент Жан-Николя Аламанд держал в руке стеклянную банку с водой, в которую был опущен металлический проводник от электростатической машины. Когда Аламанд попытался вынуть проводник из банки, он тоже получил мощный электрический разряд.

Устройство и принцип работы лейденской банки

Как же устроена лейденская банка? В классическом варианте она представляет собой:

• Стеклянную банку или бутылку
• Металлическую фольгу на внутренней и внешней поверхности стекла
• Металлический стержень, проходящий через пробку и соединенный с внутренней обкладкой

Принцип работы лейденской банки основан на разделении электрических зарядов диэлектриком (стеклом). При подключении внутренней обкладки к источнику высокого напряжения на ней накапливаются заряды одного знака. На внешней обкладке, соединенной с землей, индуцируются заряды противоположного знака.

Совершенствование конструкции лейденской банки

Первоначальная конструкция лейденской банки быстро совершенствовалась:

• Иоганн Винклер заменил воду металлической фольгой на внутренней поверхности
• Уильям Уотсон и Джон Бевис в 1747 году покрыли фольгой также внешнюю поверхность банки
• Бенджамин Франклин предложил использовать плоские стеклянные пластины вместо банки

Постепенно лейденская банка приобрела свой классический вид. Это позволило существенно увеличить ее емкость и эффективность накопления заряда.

Значение лейденской банки для развития электротехники

Какую роль сыграла лейденская банка в истории науки и техники? Ее изобретение имело огромное значение:

• Впервые появилась возможность накапливать и хранить значительные электрические заряды
• Стало возможным проводить эксперименты с сильными электрическими разрядами
• Лейденская банка послужила прототипом для создания других типов конденсаторов
• С ее помощью были сделаны важные открытия в области электричества

Бенджамин Франклин использовал лейденскую банку в своих знаменитых опытах с атмосферным электричеством и молниями. Это позволило ему доказать электрическую природу молнии.

Применение лейденской банки

Где применялась лейденская банка? Основными областями ее использования были:

• Научные исследования электрических явлений
• Медицина (электротерапия)
• Развлекательные электрические шоу
• Первые радиопередатчики (в конце XIX века)

В медицине лейденские банки применялись для электротерапии вплоть до конца XIX века. Считалось, что электрические разряды оказывают лечебное воздействие при различных заболеваниях.

На публичных демонстрациях устраивались эффектные шоу с электрическими разрядами от лейденских банок. Это вызывало большой интерес публики к электрическим явлениям.

Лейденская банка и современные конденсаторы

Чем современные конденсаторы отличаются от лейденской банки? Основные отличия заключаются в следующем:

• Используются более эффективные диэлектрики вместо стекла
• Применяются различные формы обкладок (не только цилиндрические)
• Многократно уменьшены размеры при сохранении емкости
• Значительно снижено рабочее напряжение
• Появились электролитические, керамические, пленочные и другие типы конденсаторов

Тем не менее, базовый принцип работы конденсатора, заложенный в конструкции лейденской банки, остается неизменным и в современной электронике.

Интересные факты о лейденской банке

С лейденской банкой связано немало любопытных фактов и историй:

• Первые экспериментаторы получали от нее настолько сильные удары, что теряли сознание
• Георг Рихман погиб в 1753 году от удара молнии при опытах с «громовой машиной» на основе лейденской банки
• Бенджамин Франклин устраивал «электрические пикники», где гости получали удары от лейденских банок
• Жан-Поль Марат лечил пациентов электрическими разрядами от лейденских банок
• В XVIII веке был популярен аттракцион «электрический поцелуй» с использованием лейденской банки

Эти факты показывают, какой ажиотаж и интерес вызывали первые эксперименты с накоплением электричества с помощью лейденской банки.

Лейденская банка в современном мире

Используется ли лейденская банка сегодня? В своем классическом виде она уже не применяется, но ее можно встретить:

• В школьных кабинетах физики для демонстрации принципа работы конденсатора
• В музеях науки и техники как исторический экспонат
• В любительских экспериментах с высоковольтным электричеством

Кроме того, принцип лейденской банки до сих пор используется в некоторых типах высоковольтных конденсаторов. Так что это изобретение XVIII века продолжает жить и в современных технологиях.

Лейденская банка — история создания первого электрического конденсатора

Явление электризации тел трением было известно еще древним грекам. В частности о притягивании легких тел натертым шерстью янтарем писал Фалес Милетский в VI в. до н. э. и, собственно, от слова «янтарь» на греческом и происходит термин «электрика», введенный в современную терминологию англичанином Уильямом Гилбертом в его работе «О магните, магнитных телах и большом магните Земли» 1600 года. Автору Гилберта принадлежит и первый электроскоп – стеклянная колба с помещенным в ее центр металлическим стержнем, предназначенная для индикации наличия электрического заряда.

Первый электростатический генератор

Гравюра 1750 года, демонстрирующая устройство для получение статического электричества

Спустя полвека Отто фон Герике, работавший в Магдебурге, сконструировал первый электростатический генератор — шар из серы, который, вращаясь вокруг оси, при трении об руку производил электрический заряд. Это устройство, в той или иной форме усовершенствованное несколькими изобретателями, на долгие годы стало основным для экспериментов по изучению статического электричества. Ими заинтересовался и декан кафедрального капитула города Каммин в Померании (ныне Камень-Поморский, Польша) Эвальд фон Клейст, намереваясь повторить один из трюков профессора Лейпцигского университета Георга Бозе, прославившегося зрелищными шоу с использованием т.н. «машин трения«.

В отличие от своих предшественников, считавших, что только изоляторы, которые в то время называли «электриками», могут накапливать статический заряд, Бозе в своем устройстве использовал погруженный в воду металлический стержень, искрой от которого он удивлял публику, зажигая спирт, разлитый на поверхности воды.

Эксперименты Клейста

Конструкция лейденской банки

Когда 11 октября 1745 года Клейст, пытаясь повторить этот трюк, одной рукой взялся за электрод, соединенный с электростатическим генератором, а другой придержал стеклянный сосуд, его поразил разряд тока, настолько сильный, что «показалось будто всему конец», как отметил он в тот день в дневнике. Сделав вывод, что колба с водой «отняла электрический заряд» из металлического электрода, а стекло предотвращает «утечку заряда», Клейст немедленно поделился своими наблюдениями по меньшей мере с пятью учеными, в частности с Даниэлем Гралатом из Данцига, после нескольких неудачных попыток в 1746 году все же сумел повторить его опыт.

Шоу Георга Бозе были известны далеко за пределами Германии и среди тех, кто пытался их повторить, был и профессор физики Лейденского университета голландец Питер ван Мушенбрук. Эксперименты, проведенные им вместе с ассистентом Жаном-Николя Аламандом и приятелем Андреасом Кунесом увенчались успехом, о чем Мушенбрук 20 января 1746 г. письмом сообщил своему французскому коллеге Рене Реомюру. Тот поделился новостью с Жаном-Антуаном Нолле, который, несмотря на оговорку Мушенбрука, повторил его «новый и крайне опасный» эксперимент, о чем в апреле доложил на заседании Парижской академии наук, назвав устройство для накопления электрического заряда Лейденской банкой.

Изобретение Мушенбрука

Обнаружение лейденской банки в лаборатории Мушенбрука

Новость об изобретении Мушенбрука мгновенно разлетелась по миру. Пытаясь его усовершенствовать, Иоганн Винклер из Лейпцига переместил электрод из середины стеклянного сосуда поближе к его внутренней стенке, впоследствии заменив его цилиндром из металлической фольги. Он экспериментировал с различными наполнителями Лейденской банки, такими как масло и вино, и установил, что количество накопленного ею электрического заряда зависит от площади электрода и его расстояния до стеклянной поверхности, о чем 29 мая 1746 года письмом сообщил Лондонскому королевскому обществу по развитию знаний о природе.

Через два месяца Винклер и независимо от него Даниэль Гралат провели эксперименты с соединением, вероятно, последовательным двух-трех Лейденских банок, которое впоследствии американцем Бенджамином Франклином было названо «электрической батареей».

Лейденская банка получает современный вид

Батарея из параллельно соединённых 25 лейденских банок, музей Тейлора, Харлем

В 1747 году Лейденская банка приобрела свой современный вид — двое лондонских врачей Уильям Уотсон и Джон Бевис отказались от наполнения ее жидкостью или мелкими свинцовыми шариками, и, покрыв внешнюю и внутреннюю поверхность стеклянного цилиндрического сосуда тонкой фольгой из олова, создали первый конденсатор. В том же году Уотсон попытался измерить скорость передачи электричества, для чего соединил Лейденскую банку кабелем, проложенным лондонским Вестминстерским мостом через Темзу, другой конец которого подключил к собственному телу: из-за мгновения впечатления разрядом был сделан вывод, что передача электрического заряда происходит слишком быстро, чтобы ее можно было определить экспериментально.

Наконец, в конце 1756 года член Прусской академии наук Франц Эпинус и независимо от него шведский физик Юхан Вильке модифицировали Лейденскую банку, заменив в ней стекло воздухом, а в 1783 году итальянец Алесандро Вольта, изучая то, что сейчас называется электрической емкостью, создал первый плоский конденсатор.

Лейденские банки той или иной конструкции использовали преимущественно в медицинской отрасли для электротерапии, особенно популярной в Викторианскую эпоху, вплоть до конца XIX века, когда они нашли применение в искровых радиопередатчиках. Дальнейший технический прогресс в области радио и телекоммуникации потребовал увеличения надежности электрических устройств и в 1900-х годах на смену Лейденской банке пришли более компактные бумажные, а впоследствии — фарфоровые и слюдяные конденсаторы.

Поделиться

Лейденская банка

Заряд статического электричества возникает при появлении в объекте избытка или дефицита электронов, а искры проскакивают при обмене электронами, которые стремятся к равновесию. (Ток — это постоянное движение электронов.) Но в XVIII веке люди находили достаточным объяснение, что электростатика вызывается «флюидами», которые просто заполняют объем тела.

Электростатические генераторы, такие как серный шар Отто фон Герике в 1660-е годы и стеклянная сфера Фрэнсиса Хоксби в 1700-е, были просто «фрикционными машинами», где за счет трения флюиды вырывались из одного тела и переходили в другое. Чтобы получить из такой машины одну безобидную искорку, требовались значительные физические усилия, так что интерес к ним был лишь как к новинкам.

В 1740-х годах на вечеринках был популярен трюк «электрический поцелуй». Целующаяся парочка при соприкосновении буквально давала искру, поскольку один из партнеров был электрически заряжен. Если хотели дать более мощную искру, то заряжались сильнее. Но что могло собрать больше электрических флюидов, чем банка?

Фон Клейст использует свои руки как проводники, чтобы зарядить прототип лейденской банки. Разумеется, его слегка бьет током. Дальнейшее развитие лейденской банки показало, что она так же прекрасно работает и без воды

Опасные опыты

В 1745 году немецкий ученый Эвальд Юрген фон Клейст покрыл внутреннюю часть стеклянной банки серебряной фольгой и налил воды. Он проверял идею заряжать воду через контакт электростатического генератора. Идея оказалась неудачной, но не без пользы для науки. Когда ученый прикоснулся к фольге рукой, он получил сильнейший и, без сомнения, опасный электрический удар. Но Клейст выжил и сообразил, что его банка определенно способна сохранять электричество. Но что с ним делать?

Похожий прибор в том же 1745 году построили голландский изобретатель Питер ван Мушенбрук и его ученик Кюнеус в Лейдене. (Кстати, у Мушенбрука и Клейста был общий наставник.) Мушенбрук продемонстрировал свою банку ученым в Лейденском университете, и прибор был назван лейденской банкой. В дальнейшем эта банка претерпела ряд усовершенствований: фольгой выстилалась не только внутренняя поверхность, но и наружная, причем горловина банки оставалась не закрытой фольгой. В опытах с электричеством внешняя фольга непосредственно касалась рук экспериментатора, который сам был «электрической емкостью» этого первого конденсатора.

Лейденская банка действительно была первым электрическим конденсатором — устройством, которое состоит из двух проводящих пластин и собирает электроны. Пластины (листы фольги) разделены между собой изолятором (стеклом), как и в современных конденсаторах. Как только одна пластина (внутренняя фольга) получает электрический заряд, другая (внутренняя пластина или рука) приобретает тот же по величине и противоположный по знаку заряд. Если эти две пластины соединить, разница в зарядах исчезнет.

Если обратиться к самому Бенджамину Франклину, то этот американский государственный деятель сумел доказать, что молния состоит из тех же самых «флюидов электричества», только они накапливаются в тучах. Он собирал электрический заряд с помощью воздушного змея на проводящей нити, и в конце концов искра проскочила между нитью и кольцом на его пальце! Франклин попробовал зарядить этой нитью и стеклянную емкость (иногда пишут, что это была лейденская банка). Проводил ли он на самом деле этот очень опасный эксперимент или нет, до сих пор остается загадкой.

Современные конденсаторы имеют такие большие площади поверхности, что дают не просто искру, а настоящий электрический ток (правда, на короткое время). Лейденская банка собирает чуть больше электричества, чем нужно для большой искры, однако и эта искра слишком скоротечна, чтобы говорить об электротоке. Но спустя 55 лет будут изобретены химические батареи, которые дадут первый электрический ток. Меж тем само слово «батарея» было изобретено Бенджамином Франклином во времена лейденских банок, поскольку батареи этих соединенных между собой банок напоминали ему батареи пушек.

Флюиды из стекла и резины

В 1730-х годах французский физик Шарль Франсуа Дюфе обнаружил, что существует два вида электрических флюидов. Те, которые присутствуют в веществах, похожих на янтарь (их назвали «резиноподобными»), и те, которые присутствуют в стекле (соответственно «стеклоподобные»). Однотипные друг от друга отталкиваются, а разнотипные — притягиваются. В наши дни они получили известность как отрицательные и положительные заряды.

Поделиться ссылкой

Лейденская банка — Простая англоязычная Википедия, свободная энциклопедия

Переключить оглавление

Из простой английской Википедии, бесплатной энциклопедии

Лейденская банка ^[1] (или Лейденская банка) — это устройство для накопления статического электричества. Это большая стеклянная бутылка, обычно покрытая металлической фольгой как внутри, так и снаружи. В некоторых из первых была вода. Они позволяют экспериментатору собрать большое количество заряда.

Это первая форма хранения электроэнергии. Эти методы известны сегодня как «конденсаторы» или «конденсаторы».

Первый электрический аккумулятор был создан Эвальдом Георгом фон Клейстом 11 октября 1745 года.

. Ему было интересно выяснить, может ли статическое электричество накапливаться в бутылке, потому что он знал, что электричество не может проходить через стекло. Он думал, что сможет захватить и удержать небольшую сумму. У него был только небольшой экспериментальный генератор трения.

Он в тысячи раз недооценил, сколько электричества может удерживать маленькая бутылочка с лекарством. Особенность электричества позволяет ему продолжать поступать в бутылку при условии, что внешняя часть бутылки имеет электропроводящую поверхность, соединенную с землей. Это нейтрализует давление заряда, пытающегося вытекать обратно.

В случае фон Клейста этой электропроводящей поверхностью была только его рука, но этого было достаточно, чтобы позволить очень существенному заряду войти и остаться в банке через гвоздь, который он вбил в пробку.

Когда он случайно коснулся гвоздя, он получил такой удар, что отбросил его через всю комнату. Он установил связь между внутренним зарядом и накопленным внешним зарядом, и так как это были противоположные знаки (один положительный, а другой отрицательный), весь накопленный заряд протекал через его тело.

Он не понимал, почему эта банка хранится так эффективно, но отправил зашифрованное описание некоторым сотрудникам в Берлине, а один экземпляр был отправлен старому коллеге фон Кляйна по университету Андреасу Кунеусу, где он оказался в руках Питера ван. Мюсшенбрука, главного профессора физики Лейденского университета. ^[3] Он выяснил, что вместимость колбы значительно увеличивалась, только если ее держать в руке, и в своем письме ученому во Францию ​​банку назвали «Лейденской банкой».

В течение многих лет лейденская банка была основным инструментом для хранения электроэнергии, и она оставалась таковой до изобретения химической батареи и электрических генераторов того типа, который мы используем сегодня.

1. ↑ Назван в честь Лейденского университета, где было создано устройство.
2. ↑ Биография, Питер (Петрус) ван Мусшенбрук
3. ↑ Томас С. Кун, 1996. Структура научных революций . Издательство Чикагского университета, 17.

• [1]
• Лейденская банка — интерактивное руководство по Java. Архивировано 15 июля 2013 г. в Национальной лаборатории сильного магнитного поля Wayback Machine
.
• Рассекаемый конденсатор в лейденской банке. Архивировано 16 июля 2011 г. в Wayback Machine

.

Лейденская банка | электроинструмент

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• В этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Самые популярные вопросы
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.

• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, правительство, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.